Experimento Massa Mola

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FACULDADE ESTÁCIO DE SÁ
CURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL II
TURMA: 3º PERÍODO
Componentes:
Caroline de Jesus
Gedean Sousa
Joana Suany
Nailson Pedro
Nilson Cardoso
Walquiria de Paula
SÃO LUÍS
2016
Caroline de Jesus
Gedean Sousa
Joana Suany
Nailson Pedro
Nilson Cardoso
Walquiria de Paula
EXPERIMENTO 04: Oscilador Massa-Mola
Relatório de aula prática apresentado como requisito para obtenção de nota na disciplina de Física Experimental II, do Curso de Engenharia de Produção.
Prof. MSc.Wellington Cantanhede dos Santos
SÃO LUIS
2016
INTRODUÇÃO
O experimento teve como base o estudo do Oscilador Massa-Mola, do Pêndulo Simples e do Pêndulo Físico com a finalidade de observar o Movimento Harmônico Simples (MHS). O MHS pode ocorrer em qualquer sistema em que exista uma força restauradora diretamente proporcional ao deslocamento a partir da posição de equilíbrio, como por exemplo;
Equação da força elástica: 
Neste contexto entendesse como Oscilador Massa-Mola um dispositivo formado por um corpo preso a uma mola em Movimento Harmônico Simples. O Pêndulo Simples é um instrumento em que as dimensões do corpo e a massa do fio devem ser desprezíveis. Enquanto o Pêndulo Físico é qualquer pêndulo real, que usa o corpo com o volume infinito, em contraste com o modelo idealizado do Pêndulo Simples.
OBJETIVO
Os objetivos deste experimento são:
Verificar se um corpo elástico (mola) obedece à Lei de Hooke;
Calcular a constante elástica da mola, k, através de um experimento simples com um sistema massa-mola e com o auxílio de um papel milimetrado.
MATERIAL UTILIZADO
1 Sistema de sustentação Arete formado por tripé triangular, haste e sapatas niveladoras;
2 molas helicoidal;
1 conjunto de 3 massas acopláveis de 50g;
1 gancho lastro;
1 escala milimetrada acoplada.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Um oscilador massa-mola ideal é um modelo estritamente teórico, pois é composto por uma mola sem massa e que possa ser deformada sem perder suas propriedades elásticas, chamada mola de Hooke, e um corpo de massa m que não se deforme sob a ação de qualquer força. Este sistema é fisicamente impossível já que uma mola, jamais será considerada um corpo sem massa e após determinada deformação perderá alguma elasticidade, e qualquer corpo que sofre a aplicação de uma força, é deformado, mesmo que seja de medidas desprezíveis. Apesar destas situações, para utilização em cálculos é possível utilizar estes elementos sobre estas condições. 
Ao estudar as deformações de molas e as forças aplicadas, Robert Hooke (1635-1703), verificou que a deformação da mola aumenta proporcionalmente à força. Daí estabeleceu-se a seguinte lei, chamada Lei de Hooke:
Onde:
F: intensidade da força aplicada (N);
k: constante elástica da mola (N/m);
x: deformação da mola (m).
A constante elástica da mola depende principalmente da natureza do material de fabricação da mola e de suas dimensões. Sua unidade mais usual é o N/m (Newton por metro), mas também encontramos N/cm; kg/m, etc.
 
Disponível em: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/massamola2
Figura 1. Esquema de experimento massa-mola. A Figura mostra 3 fases do movimento em (a) e (c) são mostradas as máximas elongações, e em (b) o ponto de equilíbrio.
 
4.1.1 Deformações plásticas (deformações permanentes)
Deformação plástica é quando o material submetido a uma determinada tensão se deforma permanente, mantendo a deformação mesmo quando o carregamento é retirado. A partir de uma perspectiva atômica, a deformação plástica corresponde à quebra de ligações com os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações com novos átomos vizinhos, uma vez que um grande número de átomos ou moléculas se move em relação uns aos outros; com a remoção da tensão, eles não retornam às suas posições originais, diferentemente do que acontece na deformação elástica.
A principal causa de deformação plástica em materiais metálicos é o movimento de discordâncias.
4.1.2 Deformações elásticas (deformação temporária)
Na deformação elástica, o corpo retorna ao seu estado original após cessar o efeito da tensão. Isso acontece quando o corpo é submetido a uma força que não supere a sua tensão de elasticidade (Lei de Hooke).
Na deformação permanente, o corpo não retorna ao seu estado original, permanece deformado permanentemente. Isso acontece quando o corpo é submetido à tensão de plasticidade, que é maior daquela que produz a deformação elástica.
 Figura 02: Deformação de um corpo com deformação elástica e plástica
Disponível em: www.google.com.br/search?q=deformação+plástica&noj
 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Inicialmente foi colocado o gancho lastro suspenso na mola. Determinando a posição de equilíbrio do X0 do sistema.
Foram acrescentadas outras massas, uma de cada vez, completando (para cada caso) e seus respectivos valores será mostrado na tabela do próximo tópico do experimento. Foi determinada ainda a constante elástica numa associação de molas helicoidais em serie.
Finalizando será construído o gráfico no papel milimetrado da força deformante F versus X.
Abaixo algumas fotografias dos materiais utilizados durante o experimento.
Figura 03: Sistema de sustentação Arete formado por tripé triangular, haste e sapatas niveladoras.
 
Figura 04: Sistema de sustentação com as molas helicoidais e as massas
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Na realização do experimento foram encontrados resultados que serão mostrados a seguir.
Sendo que de início a posição de equilíbrio do sistema foi de:
 As molas helicoidais foi medida com a régua milimetrada acoplada dado o valor de: 
Em seguida foi feita a pesagem das massas na balança de precisão.
TABELA 01 (Pesos das massas)
	Massa 01
	Massa 02
	Massa 03
	Massa 04
	Massa 05
	Massa 06
	49,88g
	49,88g
	49,96g
	49,90g
	49,95g
	49,89g
Determinamos a força (N) numa associação de molas helicoidais em serie.
Na fórmula: 
	Nº 
de Edições
	Força (N)
 
	X= Elongação (m) com 1 mola
	X= Elongação (m) com 2 mola
	1
	 g
F= 0,04988 x 9,81
F= 0,4893N
	0,157m
	0,269m
	2
	 g
F= 0,04996x 9,81
F= 0,4901N
	0,187m
	0,329m
	3
	 g
F= 0,04996x 9,81
F= 0,4901N
	0,217m
	0,288m
	4
	 g
F= 0,04990 x 9,81
F= 0,4895N
	0,247m
	0,447m
	5
	 g
F= 0,04995 x 9,81
F= 0,4900N
	0,277m
	0,512m
	6
	 g
F= 0,04989 x 9,81 F= 0,4894N
	0,317m
	0,269m
TABELA 02 (Determinação da Força (N) das molas)
Depois desse procedimento determinamos a constante elástica na qual sofrerá a ação de uma força restauradora, regida pela lei de Hooke, ou seja:
Em seguida calculamos o período sendo assim, o período de oscilação do sistema é dado por:
T= 
Esses dois procedimentos serão mostrados nas tabelas 03 e 04 deste experimento.
TABELA 03 (Cálculo da constante elástica)
	Nº de edições
	
	
1
	
 = 0,004N/m
	
2
	
 = 0,005N/m
	
3
	
 = 0,004N/m
	
4
	
 = 0,004 N/m
	
5
	
 0,004N/m
	
6
	
= 0,004 N/m
TABELA 04 (Cálculo do período de oscilação)
	Nº de edições
	
T= 
	
1
	
= 
= 
= 45,36s
	
2
	
= 
= 
= 49,68s
	
	
3
	
= 
= 
=53,28s
	
4
	
= 
= 
=56,88s
	
5
	
= 
= 
=191,16s
	
6
	
= 
= 
=64,44s
CONCLUSÃO
Ao final desse experimento pudemos relacionar a parte experimental com a parte teórica, chegando à conclusão de que um oscilador Massa-Mola é um modelo físico composto por uma mola sem massa e que pode ser deformada sem perder suas propriedadeselásticas, e um corpo de massa m que não se deforma sob a ação de qualquer força. Como o peso é uma constante, a força varia proporcionalmente á elongação do movimento, formando assim um MHS.
E que o período é um sistema que é composto por uma base permitindo assim se movimentar livremente. A massa fica sujeita á força restauradora causada pela gravidade.
ANEXOS
	
Anexo 01
QUESTIONÁRIO
Como o gráfico da força que a mola exerce sobre as massas (força restauradora versus a elongação)
Resposta: o gráfico encontra-se em ANEXO
Porque a força é denominada restauradora?
Resposta: Porque é essa força que exerce sobre um corpo que descreve MHS de força restauradora, pois ela atua de modo a garantir o prosseguimento das oscilações, restaurando o movimento anterior.
A partir do gráfico da força deformante F versus X, determine a relação matemática existente entre a força e a elongação X sofrida pela mola?
Resposta: A relação é diretamente proporcional, ou seja, quanto maior será a deformação. Logo existe uma constante de proporcionalidade entre as grandezas forças (F) e deformação (X)
Determine a unidade da constante de elasticidade no SI.
F: intensidade da força aplicada (N);
k: constante elástica da mola (N/m);
x: deformação da mola (m).
Coloque um peso de 1,5N na mola, espere o sistema parar de oscilar e anote a posição de equilíbrio indicado na escala.
Puxe a massa 1 cm para baixo e torne a solta-la descrevendo o observado.
Resposta: ao puxar a mola para baixo observamos que ao soltar a mola ela volta para seu estado inicial depois de oscilar ao liberar a mesma
Como determinar o período e oscilação do sistema massa-mola?
Resposta: O período se relaciona com a massa e a constante elástica. Verifica se que o período é dado pela expressão
T= 
Como você justifica o fato de o móvel não ter parado na posição de equilíbrio?
Resposta: Por causa da deformação que ocorrerá na mola.
Segundo o observado e analisado até o momento, como você justifica, fisicamente a presença do sinal negativo na expressão?
Resposta: O sinal é negativo, pois é um a força oposta a força aplicada. Quanto maior a elongação, maior a intensidade desta força.
 A lei de Hooke é valida apenas para pequenas deformações da mola? Justifique?
Resposta: Não. Porque a lei de Hooke se aplica em outras deformações quando comprimidos ou distendidos..
 Caso lhe fornecessem 2 molas com as constantes k1 e k2 conhecidas, mostre como você calcularia a constante de elasticidade resultante da associação em serie destas molas?
 A constante K é a mesma para qualquer comprimento de mola?
Resposta: Sim. Porque as forças são constantes, segundo a lei de Hooke.
Anexo 02 (Gráfico construído na ferramenta Excel)
	X(M)
	F (N)
	0,157
	0,4893
	0,187
	0,4901
	0,217
	0,4901
	0,247
	0,4895
	0,277
	0,49
	0,317
	0,4894
BIBLIOGRAFIA
MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Curso de física. 5ª ed. São Paulo: Scipione, 2000.
CARVALHO NETO, C. Z. OMOTE, N. & PUCCI, L. S. Física vivencial. São Paulo: Laborciência Editora, 1998
Apostila Estácio. Disciplina: Física Experimental II – Parte 1.Roteiros para de Física, 1ª Edição.
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/massamola2 acesso em 14/042016
www.google.com.br/search?q=deformação+plástica&noj. Acesso em: 14/06/2016